Summary
El método presentado aquí utiliza 18 F-fluorodesoxiglucosa (18F-FDG) tomografía por emisión de positrones / tomografía computarizada (PET-TC) y la resonancia magnética separada grasa-agua (MRI), cada escaneado tras 2 horas de exposición a temperatura neutra (24 ° C ) y las condiciones de frío (17 ° C) para mapear el tejido adiposo marrón (BAT) en sujetos humanos adultos.
Abstract
Fiable diferenciar el tejido adiposo marrón (BAT) de otros tejidos utilizando un método de imagen no invasivo es un paso importante para el estudio de BAT en los seres humanos. Detectar BAT se confirma típicamente por la captación del trazador radioactivo inyectado 18 F-fluorodeoxiglucosa (18 F-FDG) en los depósitos de tejido adiposo, tal como se mide mediante tomografía por emisión de positrones / tomografía computarizada (PET-TC) después de exponer el sujeto a estímulo frío . Imágenes por resonancia magnética separada grasa-agua (MRI) tiene la capacidad de distinguir BAT sin el uso de un trazador radioactivo. Hasta la fecha, la RM de BAT en humanos adultos no ha sido co-registrado en frío activado PET-CT. Por lo tanto, este protocolo utiliza 18 exploraciones F-FDG PET-CT para generar automáticamente una máscara de BAT, que se aplica luego a co-registrado IRM del mismo tema. Este enfoque permite la medición de las propiedades de resonancia magnética cuantitativos de BAT sin segmentación manual. Máscaras MTD son creados a partir de dos PEExploraciones T-CT: después de la exposición durante 2 horas a temperatura neutra o bien (TN) (24 ° C) o en frío activado (CA) (17 ° C) Condiciones. Las exploraciones de TN y CA PET-CT están registrados, y los valores de captación estandarizado PET y TC Hounsfield se utilizan para crear una máscara que contiene sólo BAT. CA y TN MRI también se adquieren en el mismo tema y se inscribieron para las exploraciones PET-TC con el fin de establecer las propiedades cuantitativas MRI dentro de la máscara BAT definido automáticamente. Una ventaja de este enfoque es que la segmentación está completamente automatizado y se basa en métodos ampliamente aceptados para la identificación de BAT activado (PET-CT). Las propiedades de resonancia magnética cuantitativas de la MTD establecen utilizando este protocolo puede servir como base para un solo-MRI examen BAT que evita la radiación asociada con PET-CT.
Introduction
Debido al marcado aumento de la obesidad en todo el mundo, hay un mayor interés en las áreas de investigación destinados a comprender el balance energético. La obesidad puede provocar costosos y devastadores condiciones médicas tales como diabetes, enfermedad hepática, enfermedad cardiovascular y el cáncer, por lo que es un área importante de preocupación para la salud pública 1. Un área de investigación tuvo como objetivo comprender el equilibrio de la ingesta de energía en comparación con el gasto de energía es el estudio del tejido adiposo marrón o BAT. Aunque denominado un tejido adiposo, BAT difiere del tejido más común adiposo blanco (WAT) de muchas maneras 2. La función de los adipocitos blancos es almacenar triglicéridos en un solo gran vacuola lipídica por célula, y para liberar estos triglicéridos como fuente de energía en el torrente sanguíneo cuando sea necesario. De una manera muy diferente, la función de los adipocitos marrones es producir calor. Un mecanismo por el cual esto ocurre es a través de la exposición al frío. Esto provoca un aumento en sympathetic actividad del sistema nervioso, que a su vez activa BAT. Cuando se activa, los adipocitos marrones generan calor. Para ello, se utilizan los triglicéridos contenidos en las muchas pequeñas vacuolas lipídicas por célula, y por medio de la presencia de proteína desacoplante 1 (UCP1) en la abundante mitocondrias, convertir los triglicéridos a sustratos metabólicos sin la producción de ATP, lo que resulta en la pérdida entrópica como la generación de calor. Como los triglicéridos almacenados en las pequeñas vacuolas lipídicas se agotan, el adipocito ocupa tanto la glucosa y los triglicéridos presentes en el torrente sanguíneo 3.
El interés en el estudio de BAT se ha incrementado dramáticamente en los últimos años debido a su contribución a la termogénesis sin temblor, su papel en la modulación de los gastos de energía del cuerpo, y el potencial de la relación inversa entre BAT y la obesidad 3-9. Además, los estudios recientes en animales indican BAT juega un papel crítico en los triglicéridos de compensación y la glucosa fesde la corriente de la sangre, especialmente después de la ingestión de una comida rica en grasas 10,11. Sin embargo, la mayor parte de lo que sabemos sobre MTD es el resultado de la investigación en pequeños mamíferos, que contienen muchos depósitos de BAT 4,9,12 - 15. A pesar de algunos de los primeros estudios 16-18, la presencia de las mejores técnicas en los seres humanos fue ampliamente cree que disminuye con la edad, hasta hace poco, cuando el interés por estudiar BAT humana ha sido renovado. Investigaciones recientes sugieren que cantidades relativamente pequeñas de BAT persisten en la edad adulta 19-24. Un factor limitante adicional para estudiar BAT es que, aparte de la biopsia y la tinción histológica, el método inequívoca actualmente aceptado para la detección de BAT es 18 F-fluorodesoxiglucosa (18 F-FDG) tomografía por emisión de positrones (PET). Modernos escáneres PET se suelen combinar con una tomografía computarizada (TC). Cuando es activado por la exposición al frío, BAT ocupa el 18 18 F-FDG captación cuando BAT es 20,21,23,25 inactivo. CT imágenes adquiridas durante un examen PET en un escáner PET-CT ayuda a diferenciar entre los tejidos con alta 18 F-FDG captación proporcionando información anatómica. Este uso de la PET-CT expone al sujeto a la radiación ionizante (predominantemente de PET, aunque la dosis de la exploración CT no es despreciable), y por lo tanto es un método deseable para la detección BAT.
Aunque el número de estudios sobre MTD en los seres humanos adultos sanos es cada vez mayor, los estudios recientes de BAT humano principalmente se han limitado a retrospectivo PET-CT estudia 19,25, cadáveres infantiles humanos 26,27, adolescentes humanos que ya han sido admitidos en los hospitales para otras razones 27-30, y algunos estudios humanos de los adultos sanos31 - 35. Uno de los retos con los dos estudios de los niños y los estudios retrospectivos es la posibilidad de resultados alterados cuando se estudia una población de pacientes que está enfermo, que puede afectar a las MTD. Además, debido a la glucosa no es la fuente de combustible preferido de las MTD 36, los estudios de PET no siempre detectan BAT se activa, y por lo tanto pueden subrepresentar la presencia de las MTD. Otra dificultad en el estudio de BAT con imágenes biomédicas está relacionada con la realización de la segmentación de imágenes para definir los límites de los depósitos de tejido. Actualmente, la segmentación de BAT en estudios en humanos a menudo se basa en un cierto grado de segmentación de imágenes manual y es por lo tanto vulnerables a la identificación errónea de los depósitos de las MTD, así como la variabilidad entre los evaluadores.
Debido a estos desafíos, las técnicas de cartografía espacial fiables que pueden distinguir BAT de las distribuciones de WAT, junto con métodos de segmentación automatizada, proporcionarían a los investigadores una nueva y poderosa paraol con el que estudiar las MTD. La resonancia magnética (MRI) tiene la capacidad para la identificación, mapeo espacial, y la cuantificación volumétrica de BAT, y a diferencia de los enfoques existentes de formación de imágenes híbridos PET-CT que incluyen una dosis radiactiva para el sujeto de captación de imagen, MRI implica ninguna radiación ionizante y se puede utilizar de forma segura y en repetidas ocasiones. La capacidad de identificar y cuantificar BAT mediante resonancia magnética puede tener un impacto positivo dramático en endocrinología clínica y la búsqueda de nuevas vías de investigación sobre la obesidad. Anterior MRI grasa-agua (FWMRI) estudios de BAT tanto en ratones como en humanos muestran que la grasa de señal fracción (FSF) de BAT está en el rango de 40 a 80% de grasa, mientras que WAT es superior al 90% de grasa 15,26 , 27. Por lo tanto, la hipótesis de que esta cuantitativo FWMRI métrica, junto con otras medidas de resonancia magnética cuantitativa, se puede utilizar en el trabajo futuro para visualizar y cuantificar los depósitos de las MTD en los seres humanos. Esto proporcionaría la comunidad de investigación con una herramienta poderosa para estudiar la influencia de BAT en conocidogastos abolism y energía sin el uso de radiación ionizante.
Nuestro grupo de investigación ha estado estudiando BAT en humanos adultos en los últimos tres años. Nuestra primera presentación pública en el uso de la resonancia magnética para investigar las sospechas sobre MTD en sujeto humano un adulto se produjo en febrero de 2012 a la Sociedad Internacional de Resonancia Magnética en Medicina Taller (ISMRM) Separación Fat-Agua en Long Beach, California 37. Dos meses más tarde, nuestro grupo presentó valores de la FSF en sospecha de BAT en dos adultos en la 20ª reunión anual de la ISMRM en abril de 2012 en Melbourne, Australia 38. Un año después, en el 21 encuentro anual st del ISMRM en abril de 2013 en Salt Lake City, Utah, se utilizó el protocolo descrito en este manuscrito de la primera (a lo mejor de nuestro conocimiento) presentación pública de la RM cuantificación de confirmado-PET BAT en humano adulto somete 39. Concretamente, hemos presentado pruebas que demuestran que el previously sospecha de BAT se confirmó como MTD activable utilizando tanto imágenes 18 F-FDG PET-CT-frío activado y temperatura neutra. Desde 2013, nuestra cohorte de sujetos humanos sanos adultos fotografiada tanto con la RM y PET / CT en condiciones térmicamente neutras y en frío activado se ha expandido a más de 20 sujetos con resultados más recientemente presentados en febrero de 2014 el taller "Explorando el Papel de la grasa marrón en los seres humanos ", patrocinado por el NIH NIDDK 40. En concreto, se informó FWMRI FSF y R 2 * propiedades de relajación en las regiones de BAT supraclavicular confirmados por 18 F-FDG PET-TAC en los humanos adultos, con las ROI MTD delineado utilizando algoritmos de segmentación automatizada basada en el frío activado y termoneutra PET-CT exploraciones. Más recientemente hemos presentado los resultados del mapeo de temperatura en 18 F-FDG PET-TAC confirmó BAT en humanos adultos que utilizan avanzada termometría FWMRI 41,42.
El procedimiento que aquí se presenta adquirirs tanto la RM y 18 exploraciones F-FDG PET-TC sobre el mismo tema, cada uno después de la exposición a condiciones tanto en frío activados y termoneutrales. Los 18 exploraciones F-FDG PET-CT-frías activado y termoneutrales se utilizan para crear regiones segmentadas automáticamente MTD de interés (ROI), sobre una base específica tema. Estas regiones de interés MTD se aplican a los co-registrado MRI para medir las propiedades de resonancia magnética en el PET-TAC confirmaron BAT.
Una limitación de este protocolo es que la temperatura del aire utilizado al exponer los sujetos ya sea al estímulo frío o en caliente es consistente para cada sujeto. Esta es una limitación porque la temperatura a la que cada sujeto experimenta sensación de calor o refrigerados puede ser diferente. Por lo tanto, mediante la ejecución de una sesión de prueba durante el cual la temperatura del aire se ajusta para adaptarse a la respuesta del individuo y, a continuación, el uso de estas temperaturas durante los protocolos termoneutrales y frío de activación, que podría ser posible obtener mejores respuestasa partir del tejido adiposo marrón.
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Protocol
NOTA: El comité de ética local de este instituto aprobó este estudio, y todos los temas siempre el consentimiento informado por escrito antes de la participación. Para ser elegible para el estudio, los sujetos deben cumplir los siguientes requisitos: no conocido diabetes mellitus; no uso de bloqueadores beta o medicamentos para la ansiedad, en la actualidad o en el pasado; no fume ni mastique los productos de tabaco, en la actualidad o en el pasado; no más de 4 tazas de cafeína cada día; no más de 2 copas de alcohol cada día; y si es mujer, no está embarazada o amamantando.
NOTA: En este estudio, cada participante se somete a cuatro exámenes: dos resonancia magnética y dos PET-CT. Cada examen se adquiere en un día diferente, con cada modalidad de imagen realizado bajo tanto termoneutra 24.5 ± 0.7 ° C (76.2 ± 1.3 ° F), y el frío 17.4 ± 0.5 ° C (63.4 ± 0.9 ° F) condiciones. Las imágenes no están programadas en cualquier secuencia particular para contribuir a minimizar el sesgo potencial de los datos debido a la calefacción o refrigeraciónel tema en un orden específico. La dosis de radiación efectiva total para una exploración PET-CT es de 6,4 mSv (milisievert), y el radiólogo en el personal recomienda un periodo de lavado de al menos 24 horas entre cada exploración.
1. General de MRI de seguridad e imagen Preocupaciones
- Debido a que el principal campo magnético en máquinas de resonancia magnética es siempre, tenga cuidado para garantizar la seguridad del paciente y de todo el personal que trabaja en el área de MR. Borrar todos los objetos magnéticos de la materia y de las personas que trabajan en la zona.
- Pregunta a los sujetos durante la fase de reclutamiento si tienen cualquier metal en sus cuerpos 43. Además, tiene el sujeto complete un proceso de investigación de seguridad magnéticos 44 para asegurar que cualquier metal en el cuerpo está aprobado para la RM. Esta comprobación inicial puede ayudar a eliminar la posibilidad de acceder a un sujeto que no puede completar la imagen de resonancia magnética.
- Además, si hay cualquier metal en el cuerpo del sujeto, que es compatible con MR, garantizar ésimoen el metal no está cerca del tejido de interés. Esto es porque el metal puede causar artefactos de distorsión de imagen, lo que hará el análisis difícil, si no imposible.
2. La obtención de consentimiento informado
- Reunirse con el objeto de obtener el consentimiento informado por escrito. Durante esta reunión, cubrir todos los detalles del estudio, por ejemplo: el número de visitas, el compromiso de tiempo por visita, cuáles son los requisitos del sujeto con respecto a las limitaciones al ejercicio y / o alimentos, lo que el sujeto puede y no puede hacer durante el visita (tales como el sueño), y cualquier otro específicamente. Utilice esta reunión para programar las visitas para la exploración, ya que suele ser más fácil de programar estos en persona en lugar de utilizar múltiples correos electrónicos.
3. Procedimientos antes de la visita
- Instrucciones para el Asunto
- Durante 24 horas antes de llegar para el estudio, tiene el estribillo tema del alcohol, la cafeína, medicamentos o cualquier ejercicio vigoroso o actoividad.
- Instruya al sujeto a rápido y para evitar cualquier consumo de calorías durante 8 horas antes de llegar para el estudio. Los sujetos se les permite beber agua.
- Cómo ponerse en contacto Voluntario
- Recuerde a los voluntarios de las instrucciones específicas del día antes del inicio de su preparación 24 hr. Esto sirve como un recordatorio de la exploración, así como ayuda a asegurar que el sujeto recuerda sus restricciones, (es decir., No comer, no hacer ejercicio, no alcohol, etc.).
4. Procedimiento el Día de Estudio - para la RM
- Temperatura controlada Preparación de habitaciones
- Use una pequeña habitación como la sala de temperatura controlada donde el sujeto se expone a la temperatura deseada.
NOTA: Mediante el uso de una habitación pequeña, es posible minimizar los gradientes de temperatura en la habitación. Por ejemplo, el tamaño de la habitación utilizada aquí es de 7 'x 6' 8 "x 8", (373,33 pies cúbicos) de altura. - Prepare elsala de al menos 60 minutos antes de la materia entrar en la habitación para que haya tiempo suficiente para que el espacio para alcanzar una temperatura estable.
- Mantener la RT o bien con una unidad de aire acondicionado portátil y un ventilador de piso giratorio para mantener la circulación del aire fresco, o el uso de un calentador portátil programable, que oscila para hacer circular el aire caliente alrededor de la habitación.
- Desactivar o minimizar cualquier termostato existente controlar el aire acondicionado o la calefacción de la habitación para evitar entrar en conflicto con el objetivo RT deseado de los dispositivos portátiles.
- Use una pequeña habitación como la sala de temperatura controlada donde el sujeto se expone a la temperatura deseada.
- Antes de entrar en la habitación con temperatura controlada
- Haga que el cambio de tema en pantalones cortos médicos estándar y camisa. Retire los calcetines y los zapatos. Si el sujeto es femenino, permitir el uso de un sujetador deportivo que no contiene ningún metal.
- Mida la altura, el peso y mediciones de la circunferencia de la cintura del sujeto después de cambiar a la ropa estándar.
- Medir la temperatura corporal usin del sujetoga termómetro sublingual.
- En la habitación de temperatura controlada
- Dirigir el objeto de entrar en la sala con temperatura controlada. Pida al sujeto que sentarse en silencio y no realice ninguna actividad que pudiera cambiar la temperatura del cuerpo, por ejemplo., Hacer ejercicio, escribir, o para conciliar el sueño.
- Después de sentarse en el ambiente durante 1 hora, medir la temperatura corporal de nuevo usando un termómetro sublingual.
- Después de la segunda hr de la sesión en la sala de temperatura controlada, medir la temperatura corporal de nuevo utilizando un termómetro sublingual.
- En el día MRI cuando el sujeto está sentado en el cuarto frío, utilizar un chaleco frío para mantener un ambiente frío mientras el sujeto se transporta al escáner de resonancia magnética. Coloque el chaleco frío en el sujeto antes de la materia salir de la habitación de temperatura controlada.
- Después de 2 horas en la sala de control de temperatura, el transporte de la materia en una silla de ruedas para el escáner de resonancia magnética. Utilice la silla de ruedas para mantener el tema en una rerelajada, estado sedentario, y para minimizar cualquier "calentamiento" que podría ocurrir a partir de a pie. Además, el uso de la silla de ruedas ayuda a evitar cualquier captación del trazador PET en los músculos esqueléticos, aunque es probable que sea mínima.
- Protocolo de toma de MRI
- Adquirir resonancia magnética utilizando un escáner de RM 3T equipado con capacidad de transmisión en paralelo de dos canales, un extra de gran torso de 16 canales bobina de recepción, y una mesa modificado.
- Colgar la porción anterior del torso bobina de recepción de la parte superior del orificio del escáner en un cabestrillo tela. Deje que el cabestrillo para colgar lo suficientemente bajo como para deslizarse contra el cuerpo del sujeto para la relación señal-ruido (SNR) para maximizar.
- Coloque la parte posterior del torso bobina de recepción en un rolling "vagón bobina" intercalada entre dos capas de la mesa. A medida que la mesa se mueve a través del taladro escáner, mantenga el carro de bobina en el isocentro por correas sujetas al escáner cubre en la parte delantera y trasera de tque el escáner se orificio de modo que el elemento de bobina posterior permanece estacionario.
- Sitúe el sujeto en la cama para entrar en los pies del escáner por primera vez en una posición supina.
- Si el sujeto lleva el chaleco frío, quite el chaleco antes del sujeto acostado.
- Una vez que se acuesta, se el lugar sujeto ambos brazos dentro de una bolsa similar a una funda de almohada, y bajar los brazos a ambos lados del cuerpo. Esto ayuda a asegurar los hombros están colocados de manera similar tanto durante la resonancia magnética y PET / CT exámenes, lo que hace que la imagen de co-registro más fácil.
NOTA: Si se permite que el sujeto se acueste en el escáner de forma natural, utilizando la misma cantidad de amortiguación bajo la cabeza durante cada exploración, y el uso de la bolsa de funda de almohada para apoyar los brazos, todo ayuda a minimizar las diferencias entre posicionamiento sujeto entre las exploraciones. Cualquier soporte utilizado para el tema durante una exploración, por ejemplo, una almohada debajo de las rodillas o espalda baja, siempre se debe utilizar de la misma manera a raal tema, tanto durante la resonancia magnética y PET / TC. - Adquirir MRI grasa-agua (FWMRI) usando un multi-pila, multi-slice, eco múltiple campo rápido (mFFE) la adquisición de 7 pilas de 20 cortes axiales, que abarcan desde la coronilla de la cabeza hasta la parte superior del muslo. Rebanadas son contiguos con una brecha 0 mm entre las rebanadas.
- Recoger FWMRI explora el uso de software personalizado para permitir la adquisición de 8 ecos adquiridos como dos juegos intercalados de cuatro ecos con TR = 83 ms, TE 1 = 1.024 ms y ΔTE efectiva = 0.779 ms. Otros detalles del protocolo de adquisición incluyen: flip ángulo = 20º, turno grasa agua = 0.323 píxeles, ancho de banda de muestreo lectura = 1346,1 Hz / píxel, axial en el plano del campo de visión = 520 mm × 408 mm, tamaño del voxel adquirida = 2 mm x 2 mm x 7.5 mm, y la codificación de sensibilidad (SENSE) Factor de imágenes paralelas = 3 (dirección anterior posterior). Fases de preparación para cada estación incluyen frecuencia central (F 0) optimización y primera calce orden lineal. Acquisitia tiempo es 27,8 seg para 20 rebanadas.
- Realizar la respiración se mantiene para las estaciones que cubre la pelvis a los hombros con dos aliento sostiene por estación, es decir., Sin retención de la respiración es más largo de 14 seg. En cada posición de la tabla, adquirir una exploración de calibración ángulo B 1 dual (tiempo de adquisición de 15,1 seg) para permitir RF optimizado cuñas (amplitud de RF relativa y ajustes de fase) para la capacidad de transmisión de dos canales del escáner.
- Adquirir una exploración de referencia SENSE en cada posición de la tabla con un tiempo de adquisición de 12,1 seg. Parámetros FWMRI recomendados están listados en la Tabla 1.
5. Procedimiento el Día de Estudio - para el PET-CT
- Temperatura controlada Preparación de habitaciones
- Use una pequeña habitación como la sala de temperatura controlada donde el sujeto se expone a la temperatura deseada.
NOTA: Mediante el uso de una habitación pequeña, es posible minimizar los gradientes de temperatura en la habitación. Fo ejemplo, el tamaño de la habitación utilizada aquí es de 7 'x 6' 8 "x 8", (373,33 pies cúbicos) de altura. - Preparar la sala de al menos 60 minutos antes de la materia entrar en la habitación para que haya tiempo suficiente para que la habitación alcance una temperatura estable.
- Mantener la RT o bien con una unidad de aire acondicionado portátil y un ventilador de piso giratorio para mantener el aire frío en circulación, para alcanzar la temperatura estímulo frío, o el uso de un calentador portátil oscaillating para mantener la temperatura de temperatura neutra.
- Desactivar o minimizar cualquier termostato existente controlar el aire acondicionado o la calefacción de la habitación para evitar entrar en conflicto con el objetivo RT deseado de los dispositivos portátiles.
- Use una pequeña habitación como la sala de temperatura controlada donde el sujeto se expone a la temperatura deseada.
- Asunto Preparación
- Dirigir el objeto de la suite de imágenes PET para tener un puerto IV colocado en una vena mano o el brazo. Este puerto IV permite al técnico de radiología para inyectar el radiofármaco más tarde, cuando el sujeto está sentado en la sala de temperatura controlada.
- YOf el sujeto es femenino, realice una prueba de embarazo en suero sanguíneo para asegurar que no está embarazada.
NOTA: Para este estudio, la junta de revisión interna requiere una prueba de embarazo de menos de 24 horas antes de la PET / TAC se adquirió.
- Antes de entrar en la habitación con temperatura controlada
- Haga que el cambio de tema en pantalones cortos médicos estándar y camisa. Retire los calcetines y los zapatos. Si el sujeto es femenino, permitir el uso de un sujetador deportivo que no contiene ningún metal.
- Mida la altura, el peso y mediciones de la circunferencia de la cintura del sujeto después de cambiar a la ropa estándar.
- Medir la temperatura corporal del sujeto usando un termómetro sublingual.
- En la habitación de temperatura controlada
- Dirigir el objeto de entrar en la sala con temperatura controlada. Pida al sujeto que sentarse en silencio y no realice ninguna actividad que pudiera cambiar la temperatura corporal, por ejemplo, hacer ejercicio, escribir, o para conciliar el sueño. Después de sentarse en el ambiente durante 1 hora, medir la temperatura corporal de nuevo usando un termómetro sublingual.
- En los días de exploración PET-CT después de la primera hora en la sala de control de temperatura, tiene un técnico de radiología administrar la inyección de fluorodeoxiglucosa (18F-FDG) a través del puerto IV. Inyectar 0,14 mCi / kg (aproximadamente 10 mCi para un sujeto de 70 kg), de 18 F-FDG. Calcular la dosis exacta basada en sujetos de peso específico.
- Después de la segunda hr de la sesión en la sala de temperatura controlada, medir la temperatura corporal de nuevo utilizando un termómetro sublingual.
NOTA: A diferencia de los días fríos de resonancia magnética, el uso del chaleco frío es innecesaria en fríos días de PET-TC porque el trazador 18 F-FDG se absorbe en el BAT activado durante la post-inyección de trazador horas. El trazador no dejará el tejido, incluso si el sujeto se convierte en caliente como él / ella está siendo transportado al escáner. Por lo tanto, debido a que es posible detectar la presencia de activated BAT en las imágenes de PET-CT, incluso si la BAT no permanece activo durante la exploración PET-CT, el chaleco frío no es necesario. - Después de 2 horas en la sala de control de temperatura, el transporte de la materia en una silla de ruedas al escáner PET-CT. Utilice la silla de ruedas para mantener el tema en un estado sedentario relajado, y para minimizar cualquier "calentamiento" que podrían ocurrir por caminar. Además, el uso de la silla de ruedas ayuda a evitar cualquier captación del trazador PET en los músculos esqueléticos, aunque es probable que sea mínima.
- PET-CT de protocolo de toma
- Adquirir las exploraciones PET-TAC en un escáner de Discovery STE PET / CT (STE significa ver y tratar Elite).
- Sitúe el sujeto en la cama para entrar en el cabezal del escáner por primera vez en una posición supina.
- Una vez que se acuesta, se el lugar sujeto ambos brazos dentro de una bolsa similar a una funda de almohada, y bajar los brazos a ambos lados del cuerpo. Esto ayuda a asegurar los hombros están posicionados de una manera similar durante tantoRM y PET / CT exámenes, lo que hace que la imagen de co-registro más fácil.
NOTA: El campo de imagen PET / CT de vista abarca desde la coronilla de la cabeza hasta la mitad del muslo en 7-9 posiciones de la cama, dependiendo de la altura sujeto (2 minutos por posición de la cama). Parámetros de PET-CT recomendados están listados en la Tabla 2.
6. MRI Post Processing
- Guardar imágenes reales e imaginarias de RM para off-line señal processing.The medido por resonancia magnética es una cantidad vectorial con magnitud y dirección que se puede representar como un número complejo con parte real e imaginaria. En el entorno clínico, se muestran típicamente las imágenes magnitud. Sin embargo, se necesita información compleja para procesar en la grasa y el agua imágenes.
- Realizar / separación de la grasa en tres dimensiones agua y R2 * estimación basada en un multi-escala de toda la imagen algoritmo de optimización 45 implementado en C ++ para cada pila rebanada individual. La grasa se modela utilizando 9 picos
- Deseche el primer eco de cada tren 4-eco para evitar la posible contaminación de las corrientes de Foucault en el complejo modelo de señal en grasa agua.
7. PET-CT Post Processing
- Cargar datos DICOM CT en MATLAB y se convierten en unidades Hounsfield (UH) mediante la aplicación del valor rescale escáner suministrada a los valores de los datos.
- Cargar datos PET DICOM en MATLAB y convertir a valores estandarizado de captación (SUV) utilizando la siguiente fórmula:
donde "valor de píxel" es el valor almacenado en el archivo DICOM para esa ubicación de píxeles.
NOTA: La actividad del trazador PET es la dosis total de radionucleidos, y se puede leer en los meta-datos de imagen (archivo de cabecera DICOM).
.jpg "/> - Interpolar los datos de PET para tener las mismas dimensiones que los datos CT.
- Debido PET y CT imágenes se adquieren con el mismo espesor de corte, realizar interpolación utilizando una función spline de 2 dimensiones en el plano XY.
8. Procesamiento de Datos del anuncio
- Para analizar las imágenes, co-registrar a todos los 4 imagen volúmenes para cada sujeto utilizando un algoritmo de registro cuerpo rígido 47 a través de un método semi-automatizado con in-house desarrollado en 3 planos de software a fin de verificar la inscripción en las tres dimensiones.
- Debido a las dificultades con el registro de todo el volumen de la imagen en los cuatro puntos de tiempo, se centran de registro en la región que cubre el cuello hasta el ápice de los pulmones. Utilice sólo la región registrado correctamente en su posterior procesamiento de los datos.
- Tras el registro de imagen, cargue FWMRI, CT HU y datos PET SUV en MATLAB y utilizar para definir las regiones MTD de interés.
NOTA: Al igual que anteriormente publmétodos cies 19,25,48 de distinguir BAT utilizando valores PET SUV y CT HU, para ser considerado parte de la máscara BAT, cada voxel en la imagen debe satisfacer la siguiente: (1) El valor HU cae en el rango de: -200 <HU <-1, en ambos TC fríos y calientes; (2) Todo Terreno> 2.0 en el PET frío escanear; (3) fracción señal SUV [(Cold SUV) / (Cold SUV SUV + caliente)]> 0.55, es decir, la tomografía en frío debe generar más del 55% del total observado señal SUV en que voxel; y (4) sólo contienen píxeles de primer plano de la imagen de resonancia magnética, donde se utiliza el método de Otsu 49 para clasificar píxeles de primer plano. - Si un voxel cumple todos estos criterios, incluya el voxel en la máscara binaria de identidad BAT.
- Aplicar los siguientes pasos morfología binarios.
- Crear una matriz del mismo tamaño que las imágenes se procesan. Cada ubicación espacial en la nueva matriz es la suma 3D de todos sus vecinos adyacentes en la máscara binaria BAT, incluyendo diagonales. El máximo sum es 26.
- Umbral de esta nueva matriz para incluir sólo los lugares con más de 15 vecinos en 3D. Esta matriz forma entonces la máscara final de BAT binario.
NOTA: Estas reglas son suficientes para el tejido BAT segmento, y sin más modificación que la máscara es necesario eliminar voxels no MTD. Esto forma una máscara rodaja por rodaja de PET-TAC confirmó BAT en la región del hombro co-registrado.
- Aplicar la máscara a todas las imágenes co-registradas para adquirir la fracción SUV, HU, la grasa de la señal (FSF) y R 2 * Los valores en las regiones de BAT, tanto para las exploraciones fríos y calientes.
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Representative Results
La adquisición tanto de MRI y PET-TC sobre el mismo tema, y la realización de co-registro en todas las exploraciones permite la medición fiable de las métricas de MRI cuantitativos de BAT. La figura 1 muestra el estado natural caliente (TN) y fría (CA) PET-TC y la RM scans de una asignatura. Con la adquisición de datos tanto TN y CA PET-CT, es posible distinguir claramente los depósitos de las MTD en frío activado por el aumento de la captación de 18 F-FDG. Después de co-registro de todos los cuatro exploraciones (Figura 2 y 3), es posible crear una máscara BAT-tema específico utilizando criterios derivados de las imágenes PET-CT, como se ve en la Figura 4. Esta máscara a continuación, se puede aplicar a las cuatro co-registrado exploraciones para adquirir mediciones de la imagen en los depósitos de las MTD. Los valores representativos de un sujeto se muestran en la Tabla 1.
Figura 1. Imágenes coronales de la tibia (TN) y fría (CA) exploraciones para un tema que muestra la proyección PET máxima intensidad (MIP) en escala de grises inversa, superposición de PET / CT, fracción señal de grasa TC y la RM (FSF). Tenga en cuenta el aumento de la 18 F-FDG captación en la región clavicular (flecha roja), así como de la columna vertebral en el escaneo PET CA MIP, indicando el tejido adiposo marrón activado. La línea roja punteada en la imagen CA CT indica la región clavicular a analizar más allá. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura corte axial 2. nivel clavicular, posterior al registro. El aumento de la captación de 18 F-FDG se ve en la CA PET (flechas blancas), se produce en el sregión upraclavicular de tejido adiposo como determinado por los valores de la unidad CT Hounsfield. La fracción de la señal grasa MRI (FSF) en esta región se ubica en el rango de 50 a 80%, similar a la de la investigación anterior. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Los diagramas de flujo que muestran la etapa de registro. (A), en el que las imágenes están registrados en el mismo espacio de la imagen. Tras el registro, las cuatro imágenes se utilizan en la creación máscara BAT (B).
Figura 4. imágenes binarias que muestran los criterios para la generación de la máscara de murciélago. Para ser consiEred parte de la máscara de BAT, cada voxel en la imagen debe satisfacer estas cuatro reglas, como se determina en base rebanada por rebanada. Si un voxel cumple todos estos criterios, se incluye en la máscara binaria de identidad BAT. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Método Imaging | Valor: | ||
| Media ± 95% CI | |||
| Termoneutra CT [HU] | -68,62 ± 9,35 | ||
| CT-Frío Activado [HU] | -55,04 ± 7,72 | ||
| Termoneutra PET [SUV] | 0.52 ± 0.05 | ||
| Fría Activado PET [SUV] | 7,15 ± 1,16 | ||
| Termoneutra FSF [%] | 41,62 ± 5,04 | Fría Activado FSF [%] | 47,76 ± 5,15 |
| Termoneutra R2 * [1 / s] | 128,22 ± 19,48 | ||
| Fría Activado R2 * [1 / s] | 101,27 ± 24,92 |
Tabla 1. Los valores numéricos (media del 95% intervalo de confianza) tanto de las exploraciones en frío activados y termoneutrales para un tema.
| Parámetro | Recomendación | |||
| General | Tipo de Secuencia | Multi-eco rápido Echo Field (mFFE) | ||
| Bobina de transmisión RF | En cuadratura de cuerpo | |||
| Recibe bobina | ||||
| Duración total de exploración (min: seg) | Doce y veinticinco (por estación tabla) | |||
| Geometría | Multi-transmit | Sí | ||
| Plano anatómico | Transverso | |||
| Número de rebanadas | 20 | |||
| Grosor de corte (mm) | 7.5 | |||
| Brecha entre cortes (mm) | 0 | |||
| Matrix Adquirida | 260 x 204 | |||
| Matriz de Reconstrucción | 288 | |||
| Campo de visión (mm) | 520 x 408 | |||
| Tamaño de voxel Reconstruido (mm) | 1,81 x 1,82 x 7,5 | |||
| SENTIDO | Sí | |||
| Reducción de P (AP) | 3 | |||
| Rebanada orden de exploración | Subir | |||
| Doblar-sobre dirección | Antero-posterior | |||
| Dirección de desplazamiento de grasa | Izquierda | |||
| Contrastar | Scan mode | Multicorte | ||
| Tiempo de repetición (ms) | 83 | |||
| Echoes | 4 | |||
| Interleaved mFFE | Sí | |||
| Recuento Interleaved | 2 | |||
| Tiempo de eco (primero) (ms) | 1,023 | |||
| Espaciado temporal Echo (ms) | 1,559 | |||
| A partir del tiempo de eco intercalada (ms) | 0.7793 | |||
| Flip ángulo de excitación (°) | 12 | |||
| Calce RF | Adaptado | |||
| Adquisición de la señal | Imágenes paralelas | Factor de SENSE = 3 | ||
| Fourier parcial | No | |||
| Ancho de banda / pixel (Hz / píxel) | 1346.1 | |||
Tabla 2. Parámetros utilizados para la resonancia magnética grasa-agua (FWMRI) adquisición.
| Parámetro | Recomendación |
| Modo de adquisición | Helicoidal |
| Diámetro La recolección de datos (mm) | 500 |
| Reconstrucción diámetro (mm) | 700 |
| Tiempo de exposición (segundos) | 873 |
| Kernel de convolución | Estándar |
| Tiempo de la Revolución (seg) | 0.8 |
| Ancho de colimación Individual (mm) | 1.25 |
| Factor de paso de caracol | 1,675 |
| Campo de visión - CT | 512 x 512 |
| Campo de visión - PET | 128 x 128 |
| Grosor de corte (mm) | 3.75 |
| Tamaño de voxel Reconstruido (mm) - CT | 1.37 x 1.37 x 3.75 |
| Tamaño Reconstruido voxel (mm) - PET | 5.47 x 5.47 x 3.75 |
| Número total de slices | 299-335 |
Tabla 3. Parámetros utilizados para la adquisición de imágenes de PET-CT.
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Discussion
El protocolo del estudio descrito está diseñado para utilizar tanto termoneutra y en frío activado PET / CT para automáticamente segmento depósitos IMPAC en forma específica tema. Estas regiones generadas automáticamente de interés, después se pueden aplicar tanto a imágenes por resonancia magnética termoneutrales y frío activado que han sido co-registradas a las exploraciones de PET / CT del mismo tema. A lo mejor de nuestro conocimiento, esta es la primera investigación para llevar a cabo tanto la RM y PET / CT después de condiciones térmicamente y en frío activado en el mismo voluntario humano adulto sano. El procedimiento descrito aquí requiere cuatro visitas, con una sesión de formación de imágenes realizadas en cada día. A través de un análisis posterior mediante este método, sería posible determinar las propiedades de resonancia magnética precisas de tejido adiposo marrón en humanos adultos que utilizan regiones confirmados-PET de interés. Esto permitiría a los futuros estudios para detectar y cuantificar la BAT en humanos potencialmente utilizando sólo la RM. A diferencia del PET, que es el estándar de oro actual de facto imaging BAT, la capacidad de imagen BAT mediante resonancia magnética para evitar la exposición de radiación. Estudios Adicionalmente, basados en MRI de BAT en seres pediátricos, así como estudios longitudinales no implicarían exposición a la radiación. Debido BAT se observa más a menudo en individuos más delgados y se correlaciona inversamente con otros índices del síndrome metabólico, es posible que el aumento de la masa y la actividad o BAT pueden contrarrestar la obesidad 3,6,8,9,11,48,50,51. Por lo tanto, la capacidad de forma no invasiva detectar y cuantificar BAT podría conducir a una mejor comprensión de las jugadas papel BAT en la obesidad y el metabolismo. Enfoques basados en MRI futuro podría ser usado en estudios longitudinales para evaluar las intervenciones, por ejemplo., Farmacológico, dietético, o en base a la actividad física, que se utiliza para aumentar la cantidad o la actividad de BAT.
Uno de los pasos críticos de este protocolo es la obtención de un registro preciso de los volúmenes de imágenes. Es a través del registro de las imágenes que el BAT ROEstá se producen; Por lo tanto, el registro de imágenes es la clave. Debido a que 18 F-FDG captación en las imágenes de PET es difusa debido al tamaño relativamente grande voxel de la PET en comparación con la RM, es importante la utilización de valores tanto PET SUV y CT HU al crear la máscara ROI BAT. Además, mediante el uso de la información obtenida mediante termoneutra y condiciones en frío activado, es posible definir las regiones de 18 F-FDG captación en las exploraciones en frío activado que tienen más del 55% de absorción en comparación con las condiciones térmicamente. Esta regla fracción señal de SUV es necesario eliminar los tejidos con una alta SUV de manera similar tanto en las exploraciones de frío y termoneutrales. Esto ayuda a limitar la máscara ROI BAT para contener sólo las regiones MTD, ya que se ignoran las áreas de la exploración en frío activado con niveles aproximadamente iguales de 18 F-FDG captación como en la exploración de temperatura neutra. Además, utilizando la regla de barrio 15 píxeles pretende capturar las regiones que tienen la mayoría de los vecinos de BAT. La desventaja es quenúmeros bajos evitarán eliminando pequeñas regiones y erosionando bordes, mientras que potencialmente dejando voxels espurios que no son MTD, y un alto número erosionará fronteras y eliminar pequeñas regiones MTD. Si bien este método produce máscaras de tejido adiposo marrón, que no pretende capturar con precisión la cantidad BAT completo.
Una de las desventajas de este protocolo de investigación es el enfoque de "talla única para todos" que tanto el calentamiento y enfriamiento de los sujetos. El trabajo futuro se beneficiaría del uso de un enfoque más individualizado para maximizar la termogénesis sin temblor, y por lo tanto maximizar la activación BAT, para cada sujeto. Además, el calentamiento de la sujeta a una condición de temperatura neutra podría beneficiarse del uso de una temperatura de temas específicos, asegurando que el BAT ya no está en un estado activo es de forma individualizada. La ventaja de utilizar protocolos de enfriamiento individualizados se hizo hincapié en la reciente publicación de Van der Lans et al. 52, yes una potencial modificación clave para mejorar este protocolo. Además, ausente de este protocolo es que no hubo intentos realizados para determinar el estado del ciclo menstrual en las mujeres sujetos. Esto podría ser fácilmente corregido en futuros estudios.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MRI | Philips | Achieva 3T | |
| MRI Torso-XL coil | Philips | Philips SENSE XL Torso coil 16-elements | |
| MRI X-tend Table | X-Tend | X-tend table, Acieva 3T compatible | |
| X-tend armsupport | X-Tend | X-tend, accessories | |
| X-tend fabricsling | X-Tend | X-tend, accessories | |
| PET/CT | GE | Discovery STE | |
| Portable A/C Unit | Soleus Air | XL-140, 14000 BTU | |
| Floor fan | Lasko Pedestal Fan | 2527 | |
| Portable Heater | Lasko Ceramic Air | 5536 | |
| Chair | Winco Lifecare Recliner | 585 | |
| Sublingual Thermometer | WelchAllyn | SureTemp Plus 690 | |
| Cold vest | Polar Products | Cool58 #PCVZ | |
| Thermal IR Camera | FLUKE | TIR-125 |
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